4．柴油机的换气与增压
4．1 柴油机的换气过程
定义：柴油机每完成一个工作循环，都必须把废气排出气缸，并把新鲜空气吸入气缸，这个工质更换的过程称为换气过程，它指的是柴油机从开始排气、扫气到进气结束的整个气体更换过程。
换气过程进行完善，压缩过程开始时残留废气量少，存留在气缸中的新鲜空气量多，就为燃油的完全、及时燃烧创造了良好条件。燃油的完全而及时的燃烧，不但使柴油机发出更大功率，提高其动力性；使柴油机有高的热效率，提高其经济性；而且，完全而及时的燃烧还意味着减少结炭和较低的循环平均温度，从而提高其可靠性；减少排气污染也必须有好的换气质量。因此，换气质量的好坏是柴油机工作优劣的先决条件。
作用：更换工质，为下一循环燃油的燃烧创造必要条件。
要求
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：废气从气缸内排除得愈干净愈好，充入气缸的新鲜空气量愈多愈好；消耗的功及流失的空气量要少。
1．二冲程柴油机的换气形式
在二冲程柴油机中，不同的换气形式对换气质量以至对柴油机性能有重要影响。至今已出现多种换气形式。根据气流在气缸中的流动路线，二冲程柴油机的换气形式可分为弯流与直流两大类。每一大类中又有不同的换气形式，即：
横流（图1-2-4）
回流（MAN低速机）
弯流 排气口有阀控制
半回流（Sulzer低速机）
简单半回流
排气阀—扫气口式（B&W、三菱及Sulzer RTA）
直流
排气口—扫气口式
1．弯流扫气
扫、排气口布置于气缸下端，扫气空气由下而上，然后由上而下地清扫废气。横流扫气的船舶主机已淘汰多年，目前仍有半回流和回流两种。
图1-2-6 半回流扫气示意图
1）半回流（新横流）扫气
Sulzer公司大型柴油机的传统形式。进气口布置在排气口同侧的下方及两侧。如图1-2-6所示。其气缸盖结构较简单，不用设排气阀。扫气口在纵向（与气缸轴向成角度）和横向（与气缸径向成角度）两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。活塞顶的形状也有引导扫气空气向上的作用。这样可控制气流方向，防止进气直接流向排气口，减少新、废气掺混，提高换气效率；避免死角，减少残留废气，提高换气质量。某些早期的半回流扫气机型（RD型柴油机），在排气管中装有回转控制阀。可在活塞上行活塞裙开启排气口前关闭排气管，防止新鲜空气经排气口流失。（RND型柴油机不再用回转控制阀，改用长裙活塞，当活塞上行至上止点时，活塞裙仍能挡住排气口。）Sulzer公司大型柴油机发展至RTA型才放弃半回流扫气形式，改用直流扫气形式。
2）回流扫气
图1-2-8 排气阀－扫气口
直流扫气形式示意图
MAN公司大型柴油机的传统形式。进、排气口在气缸下部同一侧且排气口在进气口的上方。扫气口向下倾斜，进气流先向下沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖再转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。气流在缸内作“回线”流动。如图1-2-7所示。这种扫气形式有利于凹顶活塞的扫气，其代价是扫气流动路线更长，转弯更多，流动阻力更大。由此在相同条件下，要求有更高的扫气压力。在船用大型柴油机中，MAN KZ型柴油机即为回流扫气形式。现存已不多了。
图1-2-7 回流扫气示意图
2．排气阀－扫气口直流扫气
图1-2-9 ESDZ43/82B柴油机的正时圆图
B&W、三菱公司大型柴油机的传统形式。气缸下部均布一圈进气口，在气缸盖上有排气阀（1个或多个）。空气从气缸下部扫气口进入气缸，沿气缸中心线上行，驱赶废气从气缸盖上的排气阀排出，气流在缸内的流动方向是自下而上的直线流动。如图1-2-8所示。进气口在纵向和横向两个方向均有倾斜角，使扫气空气进入气缸后向上和绕气缸轴线旋转。这一旋转的气流形成“界面”，使空气与废气不易掺混，扫气效率较高。同时排气阀的启闭由排气凸轮控制，不受活塞运动的限制，所以直流扫气排气启闭定时可不以下止点为对称而各自
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
在最佳点如图1-2-9所示。这样可使柴油机性能更优。现代船用低速柴油机（MAN/B&W MC、Sulzer RTA以及三菱UEC-LS）均为排气阀－扫气口直流扫气式柴油机。可见二冲程柴油机的正时圆图有排气正时对称与非对称两种类型。
3．直流与弯流扫气的比较
1）换气质量
弯流扫气：气流在缸内流动路线长，约为直流的两倍，且需要转向，流动阻力大，要求扫气压力高。新气与废气掺混较严重，存在死角与气流短路现象，因而换气效率较低，新气消耗量较大，换气需要消耗较多的能量，导致柴油机燃油消耗率较高；残留废气较多，换气质量较直流差。
直流扫气：新气与废气掺混少，新气损失少，扫气彻底，新气充入量多，换气效率高，质量好。
2）对“长冲程化”的适应性
所谓“低转速－长冲程化”，就是73年至八十年代初，能源危机爆发，石油价格飞涨，海运成本中的燃油费用猛增，船主越来越重视降低燃油消耗率。柴油机公司在激烈的竞争中，花费巨大的财力、人力，想尽办法降低燃油消耗率。 低速机均直带螺旋桨，输出功率一定时，转速越低，则采用直径越大的螺旋桨，推进效率就越高。也就是说，在不降低发动机功率（单缸功率）的情况下，降低转速就意味着提高推进效率。柴油机转速每降低1%，推进效率ηp可提高0.25～0.30%。B&W公司首先（77年）发展“低转速－长冲程化”，即降低柴油机设计转速，同时加长冲程，活塞平均速度保持不变。这样不仅提高了ηp，而且柴油机自身的效率也提高了。节油的收效非常显著。受到海运界热烈欢迎，销售量越来越大，超过了Sulzer，至今仍处于领先地位。仅三年，“低转速－长冲程化”扩大到所有低速机（后来中速机也采用了），各公司低速机转速越来越低，有的机型达55～60r/min；冲程缸径比S/D越来越大，直流扫气：2.0→2.5→3.0→3.25→3.46→3.82→4.2；弯流扫气则从1.8→2.1，就发展不下去了。
弯流扫气：不适应长冲程化。气缸加长，弯流扫气流程增加很多，阻力大了很多，扫气压力得提高很多，新、废气掺混更厉害，换气质量、换气效率更差。S/D只能达到2.1。
直流扫气：适宜长冲程化。气缸加长，扫气流程增加不多，阻力增加不多，新、废气掺混进一步减少，换气效率更高，换气质量更好。消耗新气少，燃烧更完全更及时。而且，“低转速－长冲程化”后，如燃烧时间基本不变，则燃烧对应的曲柄转角减小，燃气能更充分膨胀，热效率提高；长冲程化，如压缩比不变，则燃烧室高度增大，有利于燃油的雾化混合燃烧；这些均使柴油机燃油消耗率降低。
3）气缸套变形情况
浙公网安备 33021202002483